美國NASA公開其下一代飛機設計的四個關鍵領域創新

導讀:作為超音速超綠色飛機研究項目的一部分,NASA和波音公司正在開發跨音速桁架支撐翼設計。

美國NASA公開其下一代飛機設計的四個關鍵領域創新

據flyingmag網站4月22日報告,美國NASA研究人員正在與美國空軍和工業界合作,作為NASA航空戰略實施計劃的一部分,繼續致力於為民用航空開發可以持續發展,且減少燃料消耗的未來客機技術,NASA將這一創新成為之為“4E”戰略:環境(Environment)、效率(Efficiency)、電氣化(Electrification)和經濟性(Economy)。

NASA高級航空器項目經理詹姆斯-肯揚(James Kenyon)表示:“這些技術將基於先前的NASA項目(如環境友好航空項目,Environmentally Responsible Aviation)以及對我們稱為N + 3的未來飛機設計的研究奠定的基礎而構建。NASA可以為更大的利益進行投資,但我們不會製造,生產或運營商用飛機。我們只是開發技術,以便行業可以按需競爭地將這些技術推向市場。”

在NASA發表的這篇文章中,他們解釋了他們為生產更高效的客機而開展的工作,並指出該工作的目的不是要創造出一個比聲音飛得更快的未來客機,也不是針對小型個人空中出租車運營或包裹遞送服務。取而代之的是,重點放在未來的民用客機上,該客機可能會搭載150至175名乘客,以亞音速飛行,並可能在2030年的時間範圍內補充或替換波音737或空客320系列客機。

美國NASA航空部門副主任羅伯特·皮爾斯(Robert Pearce)表示:“從概念上講,這真的很簡單,為減少對環境的影響,我們必須盡一切可能提高飛機效率,整合電氣化以輔助或替代現有的推進方法,並以經濟上受益的方式來做所有這一切。”

NASA也表示,可以減少碳排放的同時也可以減少燃油消耗,從而降低了航空公司的運營成本。而且,如果這些新飛機對航空公司具有吸引力,那麼航空製造商們就會希望製造它們,同時也將持續改善這些技術。肯揚說:“所有這些都符合我們的激勵機制,因此我們可以在對氣候有利,對環境可持續性有利,對市場有利的方面共同努力,並幫助美國保持其在航空業世界領導者的地位。”

NASA的工作圍繞四個關鍵領域展開,第一個領域是電動飛機推進器。NASA綜合航空系統計劃的飛行策略主管費伊-科利爾(Fay Collier)解釋說,計劃首先在地面實驗室中測試功率更高的電力系統,功率高達1MW,然後再在試驗機(尚未選中)上飛行試驗。

肯揚指出,在大型飛機上,也許短期內它不能完全電動化。他說:“但我們能夠使用電力化來幫助改善飛行包線的某些部分,那麼我們可以設計不同的發動機並使它們整體上更加高效。”

第二個工作領域是開發小型燃氣輪機。NASA正在與美國普惠公司和美國空軍合作,在空軍C-17機翼上用稀有金屬,陶瓷和獨特的內部幾何形狀測試新的發動機設計。NASA的研究人員說,由於機艙的尺寸限制了發動機更高的涵道比,因此該解決方案就是製造具有較小尺寸的發動機核心機。

NASA的研究人員進一步解釋說,懸掛在客機機翼上的發動機機艙的直徑是受限的,太大了就直接拖地了(注:這也是波音737MAX客機的發動機短艙有些奇怪的原因),因此如果您不能使整個發動機的直徑變寬,但又想增加涵道比,那麼解決方案就是使發動機核心機的直徑更小。

第三個關鍵領域是與波音公司合作開發的跨音速桁架支撐翼(TTBW,The Transonic Truss-Braced Wing)飛機,該概念客機將具有超長超薄的高效機翼設計,並帶有額外的桁架以增加支撐。從理論上講,高縱橫比的機翼通常會產生與當今客機上較厚,較短的機翼相同的升力,但阻力要小得多。肯揚說:“我們認為TTBW設計和相關技術可以準備好,為製造商和航空公司在未來10年內考慮使用。”

NASA正在研究的最後一個領域涉及複合材料的發展,以克服在大型客機設計中顯著增加複合材料使用相關的兩個挑戰。第一個挑戰的工作重點是減少從概念到設計,製造,測試以及隨後由聯邦監管機構進行材料認證所需的時間,而第二個挑戰是提高大型複合結構部件的製造速度。

肯揚認為:“用於創建更好建模功能的設計方法,檢查方法以及用於使零件製造自動化的過程的技術將使我們能夠減少認證時間,我們現在需要的是提出有關如何以可靠的方式製造複合材料的想法,


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